基于SolidW orks偏置曲柄滑塊機構(gòu)運動仿真分析

牛瑞霞，詹俊勇，仲太生

（揚力集團股份有限公司，江蘇揚州225127）

基于SolidW orks偏置曲柄滑塊機構(gòu)運動仿真分析

牛瑞霞，詹俊勇，仲太生

（揚力集團股份有限公司，江蘇揚州225127）

偏置曲柄滑塊機構(gòu)具有急回特性。本文通過三維軟件SolidWorks建模，采用COSMOSMotion插件對曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)點偏置進(jìn)行仿真分析，通過仿真結(jié)果得出其運動規(guī)律，根據(jù)運動特點選擇合適的應(yīng)用場合。

機械設(shè)計；曲柄滑塊機構(gòu)；偏置機構(gòu)；運動學(xué)；仿真

曲柄滑塊機構(gòu)也稱曲柄連桿機構(gòu)，是用曲柄和滑塊來實現(xiàn)轉(zhuǎn)動和移動相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機構(gòu)[1-2]，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，尤其是鍛壓機械行業(yè)居多。曲柄滑塊機構(gòu)根據(jù)運動機構(gòu)的布置特征，一般可分為節(jié)點正置和偏置兩類。節(jié)點偏置機構(gòu)主要用于改善壓力機的受力狀態(tài)和運動特性，從而提高壓力機的精度。適應(yīng)工藝要求，該結(jié)構(gòu)又分為正偏置和負(fù)偏置兩種類型[3-4]。本文通過SolidWorks建立三維模型并對其進(jìn)行仿真分析，模擬出三種機構(gòu)的運動過程，生成運動曲線并進(jìn)行比較，分析了三種機構(gòu)分別適用的場合。

1 建立數(shù)學(xué)模型

圖1 曲柄滑塊機構(gòu)簡圖

以某曲柄滑塊機構(gòu)為例，作如圖1所示的曲柄滑塊機構(gòu)簡圖，演示其節(jié)點布置的幾種形式。其中O點為曲柄的旋轉(zhuǎn)中心，A點為曲柄和連桿的連接點，B點為連桿和滑塊的連接點，節(jié)點正置，即連桿的連接點B的運動軌跡位于旋轉(zhuǎn)中心O和連接點B的連線上，如圖1a所示。節(jié)點偏置分為正偏置和負(fù)偏置，正偏置如圖1b所示，負(fù)偏置如圖1c所示。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]，得出曲柄滑塊機構(gòu)正置時運動特性為：

由此推導(dǎo)出偏置曲柄滑塊機構(gòu)運動特性為：

式中：S——滑塊位移，從下死點算起，向上為正方向；

V——滑塊速度，向下方向為正；

ω——曲柄角速度；

a——滑塊加速度，向下方向為正；

α——曲柄轉(zhuǎn)角，從下死點算起，與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反為正；

R——曲柄半徑；

2 仿真運動分析

2.1 SolidW orks模型的建立

本文根據(jù)現(xiàn)有某機床結(jié)構(gòu)建立簡化結(jié)構(gòu)。首先對模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化，在SolidWorks環(huán)境下進(jìn)行三維實體造型，然后通過裝配完成機構(gòu)模型的組裝；其次，采用COSMOSMotion插件對其進(jìn)行仿真分析，輸出三種結(jié)構(gòu)的運動特性曲線[6]。通過建模，得到虛擬樣機的模型如圖2所示。

2.2 運動曲線特征

圖2 曲柄滑塊結(jié)構(gòu)三維模型簡化圖

最后進(jìn)行仿真和運動曲線輸出，如圖3、4所示，分別為曲柄滑塊機構(gòu)正置、正偏置和負(fù)偏置三種狀態(tài)下的位移曲線圖、速度和加速度曲線圖，橫坐標(biāo)為時間，縱坐標(biāo)為相應(yīng)的位移、速度和加速度。由此看出，滑塊正偏置，接近下死點時，速度較為緩慢，以達(dá)到拉伸的作用，回程時速度較快，節(jié)約整個工作過程的時間，提高效率；滑塊正置時，運動特性曲線為正余弦曲線；滑塊負(fù)偏置時，運動特性與正偏置相反，回程速度較慢，適合應(yīng)用在平鍛機中[7]。

圖3 曲柄滑塊機構(gòu)位移曲線圖

圖4 曲柄滑塊機構(gòu)速度曲線圖

3 結(jié)論

曲柄滑塊機構(gòu)是壓力機中最常見、也是應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)。節(jié)點偏置對滑塊的運動特性有一定影響，調(diào)整偏置值和桿長，能夠改善壓力機的受力狀態(tài)和運動特性，得到滿意的運動曲線，對壓力機設(shè)計具有重要的意義：

（1）建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從理論公式計算中可以看出，偏置值和桿長對曲柄滑塊機構(gòu)有一定影響。

（2）運用SolidWorks的COSMOSMotion插件對結(jié)果進(jìn)行仿真，模擬出三種機構(gòu)的運動過程，生成運動曲線并進(jìn)行比較，分析三種機構(gòu)分別適用的場合。

（3）在今后的設(shè)計中，通過設(shè)置合理的偏置值和桿長，優(yōu)化壓力機的運動曲線圖，能夠滿足零件拉伸工藝要求，達(dá)到客戶需求。

[1]劉永平，王鵬，縣喜龍，等.橢圓齒輪偏置曲柄滑塊機構(gòu)的運動特性研究[J].機械設(shè)計與制造，2014，（12）：37-44.

[2]王增勝，孔令云，郭曉君.基于Simmechanics的偏置曲柄滑塊機構(gòu)運動學(xué)建模及仿真研究[J].現(xiàn)代機械，2013，（5）：19-22.

[3]楊程，劉曉平，章建軍.基于ProE的曲柄滑塊機構(gòu)運動仿真[J].機械工程師，2008，（9）：92-93.

[4]趙中華，徐新成.結(jié)點偏置曲柄滑塊機構(gòu)的運動特征[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2004，39（3）：35-36.

[5]何德譽.曲柄壓力機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987.

[6]牛瑞霞，詹俊勇，仲太生.基于SolidWorks運動仿真的多連桿壓力機優(yōu)化設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015，50（5）：17-19.

[7]林翠青.基于曲柄壓力機中曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析及其研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010，（7）：67-68.

The motion simulation analysis of offset slider-crank mechanism based on SolidW orks

NIU Ruixia,ZHAN Junyong,ZHONG Taisheng
（Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Jiangsu China）

The model has been built by use of 3D software SolidWorks.The simulation analysis has been conducted to the offset slider-crank mechanism by use of COSMOSMotion.The motion rule has been obtained through the simulation result.The right application occasion has been selected according to the motion characteristics.

Offsetmechanism;Kinematics;Simulation

TG315.5

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.005

1672-0121（2016）05-0019-02

2016-03-07；

2016-04-29

牛瑞霞（1988-），女，碩士，助工，從事壓力機設(shè)計研發(fā)。E-mail：nrx886@126.com